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傳統彈簧鋼的強度水平難以滿足現代工業發展的要求
發布者:聊城AG8.AG鋼管有限公司 發布時間:2020-4-14 11:21 Tuesday 閱讀:115次 【字體:

眾所周知,彈簧鋼力學性能在材料質量保證的前提下取決於熱處理工藝,而熱處理工藝也應根據所用材料來決定,彈簧鋼高強度化的一個重要途徑是充分發揮合金元素的作用,達到最佳合金化效果。彈簧鋼要求較高的強度和疲勞極限,一般在淬火+中溫回火的狀態下使用,以獲得較高的彈性極限。熱處理工藝技術對彈簧內在質量有著至關重要的影響。因此,如何進一步提高彈簧疲勞壽命,需進一步研究,尤其是化學表麵改性熱處理、噴丸強化等都對彈簧疲勞壽命產生重要影響。為進一步強化氣門彈簧的表麵強度、增加壓應力、提高疲勞壽命,氣門彈簧成形後,要進一步經過滲氮、低溫液體碳氮共滲或硫氮共滲處理,然後經噴丸強化。例如,日本將f4mm的si-cr油淬鋼絲經450℃×4.5h低溫體碳氮共滲與經400℃×15min中溫回火進行對比,其疲勞極限可提高240mpa。氮的滲入,不僅消除了脫碳的不良影響,而且還提高了殘餘壓應力,同時經滲氮和低溫液體碳氮共滲的氣門彈簧高溫強度提高,150℃時的變形量為0.2%(規定值為0.5%),250℃的變形量為0.56%,提高了氣門彈簧的熱穩定性和抗鬆弛穩定性,但滲氮和液體碳氮共滲時間應嚴格控製,否則會形成網狀硫化物和網狀氮化物,反而會降低其疲勞強度。為了克服彈簧鋼強度提高後韌性和塑性降低的難題,也有降低碳含量的趨勢。中國對低碳馬氏體彈簧鋼進行了深入的研究,如28mnsib、35mnsib等,其碳含量在0.30%左右。實踐表明,這些彈簧鋼可以在低溫回火的板條狀馬氏體組織下使用,有足夠強度和優良的綜合力學性能,尤其是塑性、韌性極好。日本研究開發的幾種高強度彈簧鋼,如uhs1900、vhs2000、nd120s、nd250s等,碳含量均在0.40%左右。彈簧鋼材有熱軋材、冷拉鋼材、冷軋鋼帶等。彈簧鋼的冶煉是很重要的,必須保證有優良的冶金質量,不僅要保證準確的化學成分,而且要有高純淨度,硫、磷、氧、氮等含量要低,鋼質均勻性、穩定性要好。彈簧鋼的冶金質量應達到優質鋼、高級優質鋼的水平。
彈簧鋼的表麵質量和尺寸精度對彈簧的性能和壽命有極大的影響。因為彈簧鋼材交貨狀態的表麵除去表麵噴丸強化之外不再進行加工,因而也就是成品彈簧的工作表麵,原有表麵上的各種缺陷也留給了彈簧。所以彈簧鋼材表麵要求極高,對脫碳、裂紋、折疊、結疤、夾雜、分層等限製極嚴。各種表麵缺陷會使彈簧早期破壞、縮短壽命。以圓截麵的鋼絲為例,成品彈簧的強度和剛度分別與鋼絲直徑的三次方和四次方成正比,鋼絲直徑的微小變化會導致彈簧性能的巨大波動,所以要嚴格控製鋼材的外形和尺寸公差。這樣,彈簧鋼的加工變形(熱軋、冷軋、冷拔等)就十分重要了,必須極認真地對待。
熱軋彈簧鋼材有圓鋼、方鋼、扁鋼等。鋼材表麵質量要求較高,可以熱軋態交貨或者經熱處理後交貨,以保證硬度不超過規定值,便於製簧。熱軋材可以冷態製成螺旋彈簧,對於截麵尺寸較大者需加熱後製成彈簧。彈簧成型後再經淬火、中溫回火,回火溫度約為350~550℃,以獲得較高屈強比和良好的綜合力學性能。
因熱軋材截麵尺寸較大,故應采用淬透性足夠高的牌號,保證心部淬透。若心部出現非馬氏體轉變產物,如鐵素體、貝氏體等,則回火後的性能降低,特別是疲勞性能。
冷拉(軋)彈簧鋼材包括鋼絲、鋼帶。這類鋼材的表麵質量和尺寸精度要求格外嚴格。鋼絲的生產工藝有油淬火和冷拉兩種。
油淬火鋼絲是把鋼絲冷拔到規定尺寸後再加熱、油淬火和鉛浴回火,故鋼絲出廠時已具備所需力學性能,製成彈簧後隻要回火,消除應力即可使用。優點是整批性能均勻,穩定,挺直性好,適於大批量生產,可製造各種重要彈簧,特別是閥門彈簧。牌號有65Mn、50CrVA、60Si2Mn、55CrSi等。
合金彈簧鋼絲也可以冷拉態交貨,或經退火、正火、回火處理後交貨,製成彈簧後再淬火、回火。其性能不如油淬火鋼絲均勻、穩定,生產效率也低,成本高,多用於小批量彈簧生產。
此外,最近也研究了用高頻感應加熱處理高強度彈簧鋼絲的工藝。冷拉鋼絲在連續感應加熱裝置上進行淬火和回火,其內部組織均勻、細小,塑性和韌性以及彈減抗力、疲勞極限、斷裂韌性等都明顯優於常規處理的鋼絲。這種鋼絲在美國、日本都已有生產,製造汽車、摩托車的懸掛彈簧、發動機閥門彈簧,卡車、拖車等的緊急製動彈簧及各種高強度機械彈簧,使用效果令人滿意。另外,感應加熱處理在彈簧扁鋼生產上也得到應用。
還有一種鋼絲生產工藝,即鉛浴等溫淬火。鋼材奧氏體化後在鉛浴中等溫,生成細小珠光體組織,然後冷拉到規定尺寸。通過調整鋼中碳含量和冷變形量控製鋼絲的力學性能,製簧後不需熱處理,隻要消除加工應力即可使用。應用這種工藝生產的都是碳素鋼鋼絲,但也有少數合金鋼(如65Mn)鋼絲。
冷軋彈簧鋼帶一般也是冷軋或再經退火後供貨,製成彈簧後再淬火回火處理,或僅回火以消除加工應力。

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